JP2517361B2 - 知能曲げプレス - Google Patents

知能曲げプレス

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JP2517361B2
JP2517361B2 JP63130400A JP13040088A JP2517361B2 JP 2517361 B2 JP2517361 B2 JP 2517361B2 JP 63130400 A JP63130400 A JP 63130400A JP 13040088 A JP13040088 A JP 13040088A JP 2517361 B2 JP2517361 B2 JP 2517361B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は知能曲げプレスに関するものである。
〔従来の技術とその技術的課題〕
金属板、プラスチック板、複合板の曲げ加工手段とし
てプレスが汎用されている。ところで、この種曲げ加工
に関し、最近では高精度化、多品種少量生産、操作の容
易化が要求されているが、従来の曲げプレスは、ポン
チ、ダイス、カウンタパッド、バックゲージを備えてい
るものの、その制御に関しては、せいぜい、加工前に測
定した板厚情報に基いて、バックゲージの移動、曲げの
終了点をNCにより位置制御する程度であり、制御の基準
となる加工条件の設定は、作業者がそれまでの経験によ
り、適宜判断し、決定しているのが現状であった。
このため、精度向上には限界があり、また高度の熟練
を要するため操作が悪く、さらにテスト曲げを行う必要
が生じて、1枚単位のロット生産の要求に答えることが
できないという問題があった。これは特に同種または異
種材料の積層板の曲げ加工が増す傾向と共に強くなって
いる。
従来、特開昭56−168912号公報には、数値制御の加工
装置において、加工に必要な情報を人間が入力するため
の入力部と、入力された情報を記憶しておく記憶部と、
記憶部に記憶されている情報群から加工に適した条件を
選び出す制御部を設け、予め記憶させておいた多数の加
工条件データの中から、加工する材料、加工に使う金
型、機械などを検索し、これらに合致する条件を選び出
して加工するようにしたものが提案されている。
また、特開昭59−47024号公報には、NCタレットパン
チプレスによる板金加工の前段としてのNCプログラム作
成の準備手段として、曲げ加工ができるかどうかのチャ
ックと判定を行うためのシミュレーション装置として、
加工に必要な情報を人間が入力するための入力部と、入
力された情報を記憶しておく記憶部と、記憶部に記憶さ
れている情報群から加工に必要な加工力の演算とポンチ
ダイの図形と最終製品の形状を組合せ表示する処理を行
う演算処理部を設けたものが提案されている。
しかしながら、これら先行技術はいずれも、加工条件
が人間が予め記憶させておいた中から選択されるという
方式であるから、記憶部にまだ入力されていない材料や
製品の加工に対しては選択すべき条件がないこから、全
く無能な機械、装置となり、適正な加工条件を見出せ
ず、加工できないという不具合があった。
ことに後者の先行技術は、シミュレーションといって
も、NCプログラム作成の前段階としての曲げ加工ができ
るかどうかのチェックすなわち、引張り強度とプレス圧
力を比較して曲げができるかどうかを判定し、グラフイ
ック図にするというだけである。従って、実際の加工で
の変形過程に対応した加工条件や加工力の制御には無力
であった。
本発明は前記のような問題を解消するために創案され
たもので、その目的とするところは、複合板を含む各種
材料を、熟練を要さず簡易にしかも精度良く曲げ加工す
ることができ、多品種少量生産や無人化に適したこの種
曲げプレスを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため本発明は、加工条件のデータ
を予め記憶させておきこの記憶部から条件を選択するの
でなく、システム自体で自動的に加工に必要な情報を思
考、判断、設定して数値シミュレーションを行って最適
な加工条件を算出し、それに基いて加工要素を駆動して
曲げ加工するようにしたものである。
すなわち、本発明の特徴とするところは、ポンチを昇
降する精密駆動要素、左右のダイス間隔を変化させる精
密駆動要素およびダイスに配される被加工材の位置を調
整する精密駆動要素とを備えた加工機能部と、被加工材
の材料特性と最終形状の情報から所定のプログラムに従
って有限要素法により加工過程の計数的シミュレーショ
ンを行って最適加工条件と加工力を算出する判断機能部
と、前記判断機能部からの信号に応じて精密駆動要素の
駆動信号を演算して所定の精密駆動要素を駆動させる制
御機能部と、加工機能部に設けられ、前記制御機能部か
らの信号で開始された加工途中での力と位置を検出して
その信号を制御機能部にフィードバックする計測機能部
とを備えている構成としたことにある。
〔実 施 例〕
以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。
第1図と第2図は本発明による知能曲げプレスの一例
を概略的に示すもので、Aは加工機能部、Bは判断機能
部、Cは制御機能部、Dは計測機能部である。
加工機能部Aは、本体フレーム5を有し、該本体フレ
ーム5の上側にポンチ1を取付けるスライド6が、下側
にはダイス2,2と、その間にあってU曲げ時等に背圧を
加えてスプリングバックを減少させるためのカウンタパ
ッド3が配され、ダイス2,2の上面に対応する側部には
被加工材Wの曲げ位置を設定するためのバックゲージ4
が配されている。この実施例ではポンチが昇降する形式
を採用しているが、これに限定されないことは勿論であ
る。
スライド6は本体フレーム5の頂部に設けたパルスモ
ータ1aとボールねじ1bにより昇降されるようになってい
る。ダイス2,2はダイコントローラ20,20に搭載され、本
体フレーム5に設けたパルスモータ2aとターンバックル
形のボールねじ2bにより互いに逆方向に等量移動し得る
ようになっている。カウンタパッド3は、本体フレーム
5の下部に設けたパルスモータ3aとボールねじ3bにより
昇降されるようになっている。また、バックゲージ4
は、パルスモータ4aとボールねじ4bによりプレス幅と直
角方向に移動されるようになっている。
判断機能部Bは、計算機たとえばマイクロコンピュー
タ9を備え、最終加工条件を一切入力することなく、入
力手段10から被加工材Wの材料特性と最終形状をインプ
ットすることで、後述する第5図のような所定のプログ
ラムに従って計算を行い、最適加工条件と加工工程を設
定する機能、すなわち、成形過程のシミュレート機能a1
と、加工力算出機能a2と、適正加工条件算出機能a3を備
えている。
具体的に述べると、被加工材の「材料特性」とは、板
厚、ヤング率、ポアソン比、降伏強さ、加工硬化指数が
挙げられる。この材料特性と「最終形状」すなわち、曲
げ寸法、曲げ角度により塑性力学的解析が行われ、荷重
−ストローク、スプリングバック量の算出、基本的加工
条件を設定する。「加工条件」とは、実際の加工に使用
しているポンチ先端半径に対する適正ダイス溝などであ
る。
そして、これらの条件で計数的にあるいは好ましくは
画面上で曲げ過程のシミュレーションが行われる。この
シミュレーションの手法としては有限要素法が用いられ
る。そのための要素分割の例を第3図(a)(b)に示
す。第4図(a)(b)は曲げ過程のシミュレーション
の例であり、スプリングバッグ後の状態も示される。
制御機能部Cは、CPU11を備え、判断機能部Bで計算
された最適な加工力と加工条件が入力されることによ
り、前記パルスモータ1a,2a,3a,4aの選択と、選択され
たパルスモータ1a,2a,3a,4aの駆動量信号を作成する。
この駆動量信号は出力ポート11aからドライバ12に送
られ、電源装置13からの出力を、選択的に所要のパルス
モータ1a,2a,3a,4aにある順序で与える。
すなわち、バックゲージ用のパルスモータ4a、ついで
ダイス用のパルスモータ2a、そしてポンチ用パルスモー
タ1aの順に駆動量信号を与える。
計測機能部Dは、加工機能部Aに装備されており、ロ
ードセルで代表される荷重検出要素7a,7b,7cと、ダイヤ
ルゲージ、マイクロメータ、マグネットスケール、ロー
タリエンコーダで代表される変位検出要素8a,8bと、そ
れらの出力を増幅するアンプ15a,16aと、記録機器17
と、アンプ15a,16aからの出力をA/D変換器18を介して入
力ポート11bからCPU11にフィードバックする回路を有し
ている。実施例では、荷重検出要素7a,7b,7cがスライド
6とダイコントローラ20,20に設けられ、変位検出要素8
a,8bが本体フレーム5とスライド6に設けられ、これら
により曲げ過程での加工力と位置とを検出するようにし
ている。
これらの構成はCPU11にフィードバックされることで
設定条件と比較され、必要に応じ、駆動量信号に補正が
かけられ、インラインで加工条件を修正することもでき
る。さらに、加工工程によっては、所定の荷重に達した
ところでダイ制御用のパルスモータ2aに信号が送られ、
材質に即した適正ダイス幅が調整される。
〔実施例の作用〕
次に実施例に示す曲げプレスの作用を説明する。
入力手段10から被加工材Wの材料特性(たとえば板
厚、ヤング率、ポアソン比、降伏強さ、加工硬化指数な
ど)と最終形状(曲げ寸法、曲げ角度)を入力すれば、
判断機能部Bにおいて、材料特性と最終形状の情報から
塑性力学的解析が行われ、荷重−ストローク、スプリン
グバック量、基本的加工条件と、実際の加工に使用して
いるポンチ先端半径に対する適正ダイス溝などの加工条
件が設定され、かつこれらの条件で有限要素法により曲
げ過程のシミュレーション(あるいは更にスプリングバ
ック状態のシミュレーション)が行われ、最適な加工力
と加工条件が決定される。
この判断機能部Bにおける加工過程シミュレートと、
加工力算出とおよび適正加工条件算出のプログラムは第
5図に例示されるフローチャートにより実行される。
すなわち、まずステップで要素分割が行われ、次に
ステップでインプットされた材料特性の読み込み
と、基準曲型寸法たとえばポンチ先端の半径、ダイスの
溝幅、ダイス肩の曲率などの読み込みが行われる。
次いでステップで境界条件がセットされる。「境界
条件」とは、たとえば成形開始時の工具と被加工材との
接触点、ポンチとダイスのいずれが昇降するか、ダイス
の溝幅がポンチストロークに追従して変化するか否か
(曲げ開始から終了まで同一節点に板面に直角な変位増
分を与えるか)などである。
ついで、ステップで有限要素法による変形形態の計
算すなわち変形過程のシミュレーションが開始され、ス
テップで加工力すなわち加工力の変化の計算がなされ
る。
変形過程のシミュレーションが進むと、ステップで
所定の曲げ角に到達したか否かの判断がなされ、所定の
曲げ角に達していなければ、判断はNOとなり、ステップ
に戻って境界条件の更新が行われ、ステップの判断
がYESになるまでを繰り返す。ステップでYESの
条件が成立すると、次のステツプで曲げ角が適正な製
品形状か否かが判断され、NOであればステップにより
曲げ型寸法の変更信号が出され、ステツプが繰
り返される。
ステツプがYESとなれば、ステップでシミュレー
ション結果の出力すなわち変形過程の出力が送出され、
ステツプで加工力の出力、ステップで加工条件たと
えば適正ポンチ寸法、ダイス寸法、ダイス溝幅、ダイス
溝幅を広げる時期と大きさ等が出力され、これでプログ
ラムは終了し、ステップの信号は制御機能部Cに送
られる。
このように前記判断機能部Bで計算されシミュレーシ
ョンされた最適な加工力と加工条件が制御機能部Cに送
られることで、前記パルスモータ1a,2a,3a,4aの選択
と、選択されたパルスモータの駆動量信号が決められ
る。
この駆動量信号が選択されたパルスモータに送られ、
まず、バツクゲージ4が被加工材Wの曲げ線に最適な位
置となるように動き、ついでダイス2,2が単に板厚の変
化に応ずるだけに留まらず、材料特性に対し最適な溝幅
(反りや割れが起こらないような幅)となるように動か
される。そしてこの状態でポンチ1が所定の速度とスト
ローク長さで動かされ、被加工材Wは実際に曲げ加工さ
れる。
この加工機能部Aによる被加工材Wの曲げ過程での加
工力と位置とは計測機能部Dで検出され、その検出情報
は制御機能部CのCPU11にフィードバックされ、前記し
た設定加工条件、加工力と比較され、その結果、適宜所
定のパルスモータ1a,2a,3a,4aの駆動量の補正制御が行
われ、また、加工工程によっては、所定の荷重に達した
ところでダイ制御用のパルスモータ2aに信号が送られ、
材質に即した適正ダイス幅が調整され、最終形状まで曲
げ加工される。
従って本発明によれば、テスト曲げによるトライアン
ドエラーを重ねたりを行ったり、熟練を要したりせずに
高精度な曲げを行うことができることになる。
〔発明の効果〕
以上説明した本発明によるときには、ポンチを昇降す
る精密駆動要素、左右のダイス間隔を変化させる精密駆
動要素およびダイスに配される被加工材の位置を調整す
る精密駆動要素とを備えた加工機能部Aに、所定のプロ
グラムに従って有限要素法により加工過程の計数的シミ
ュレーションを行って最適加工条件と加工力を算出する
判断機能部Bと、前記判断機能部からの信号に応じて精
密駆動要素の駆動信号を演算して所定の精密駆動要素を
駆動させる制御機能部Cと、前記制御機能部Cからの信
号で開始された加工途中での力と位置を検出してその信
号を制御機能部Cにフィードバックする計測機能部Dを
結合させたため、加工する材料、製品ごとにプレス自体
で適正加工条件を創出して加工することができ、テスト
曲げを何ら行う必要ななく、また塾練を要することな
く、高精度な曲げを行うことができ、ことに加工経験の
ない材料たとえば新たに開発された複合材に対しても適
正な加工条件で加工することができるという優れた効果
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による知能曲げプレスの概要を示す説明
図、第2図は各部の構成を示す説明図、第3図(a)
(b)は要素分割例を示す説明図、第4図(a)(b)
は第3図による加工過程シミュレーションを例示する説
明図、第5図は本発明の判断プログラムを示すフローチ
ャートである。 A……加工機能部、B……判断機能部、C……制御機能
部、D……計測機能部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−47024(JP,A) 特開 昭56−168912(JP,A) 特開 昭63−20200(JP,A) 特開 昭62−208166(JP,A) 実公 昭52−26507(JP,Y2) 社団法人日本機械学会編「機械工学便 覧」(改訂第6版2刷)」昭和54−7− 20、社団法人日本機械学会発行 4− 126〜4−145

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポンチを昇降する精密駆動要素、左右のダ
    イス間隔を変化させる精密駆動要素およびダイスに配さ
    れる被加工材の位置を調整する精密駆動要素とを備えた
    加工機能部Aと、 被加工材の材料特性と最終形状の情報から所定のプログ
    ラムに従って有限要素法により加工過程の計数的シミュ
    レーションを行って最適加工条件と加工力を算出する判
    断機能部Bと、 前記判断機能部Bからの信号に応じて精密駆動要素の駆
    動信号を演算して所定の精密駆動要素を駆動させる制御
    機能部Cと、 加工機能部Aに設けられ、前記制御機能部からの信号で
    開始された加工途中での力と位置を検出してその信号を
    制御機能部にフィードバックする計測機能部Dとを備え
    ていることを特徴とする知能曲げプレス。
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